【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氫能及電催化，具體涉及一種高導電的銥基負載型催化劑及其制備和應用。
技術介紹
1、在實現碳中和目標的過程中，由水電解產生的綠氫，作為化石能源的潛在替代品，在間歇性可再生能源的驅動下脫穎而出。其中，pem水電解技術因具有系統響應速度快、電流密度高、歐姆損耗低、系統設計緊湊、電解效率高、負載范圍廣、氣體純度高等優勢，完全耦合可再生能源的波動性特點，是目前重點發展的水電解制氫技術。其中，陽極oer反應涉及四個電子的轉移、具有較高的反應能壘，是pem水電解技術的主要瓶頸所在。因此，高性能oer催化材料的開發對推動pem水電解制氫產業的發展具有重大意義。
2、強酸性、電極反應過電位高以及陽極強氧化環境造成的腐蝕問題，導致目前商業化pem水電解均需采用高載量的銥基催化劑(2mgir/cm2)。然而，由于銥資源有限且成本較高，迫切需要在不犧牲電極耐久性和性能的前提下降低銥負載量，以實現pem水電解技術的大規模應用。
3、負載型催化劑，即采用大比表面積并具有耐腐蝕性的載體來負載催化劑是同時解決pem電解陽極穩定性和成本問題、提高耐久性的有效手段。大比表面積載體可有效促進小尺寸銥納米粒子其表面的均勻分布，從而在不影響耐久性的前提最大限度地提高銥利用率。目前負載在抗氧化的tio2載體上的iro2是商業主流的負載型oer電催化劑。然而，由于tio2具有較低的電導率，導致催化層和氣體擴散層之間具有較高的接觸電阻，進一步限制其在高電流密度工況下的應用。開發高比表面積的導電載體，并實現催化劑在載體表面的均勻分布，是提升
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術旨在提供一種高導電的銥基負載型催化劑及其制備和應用。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種高導電的銥基負載型催化劑的制備方法，包括如下步驟：
4、s1、將二氧化鈦粉末與在加熱條件下會釋放出氨氣的氨類物質混合，得到均勻的粉末混合物；
5、s2、將步驟s1得到的粉末狀混合物在惰性氣氛中進行加熱至400-600℃保溫反應，再升溫至500-800℃保溫反應，然后冷卻至室溫，得到表面氨化的二氧化鈦粉末；
6、s3、將步驟s2得到表面氨化的二氧化鈦粉末用去離子水和乙醇洗凈，干燥后得到高導電的二氧化鈦載體；
7、s4、將銥源溶解在純水中得到溶液a，將步驟s3中得到的高導電的二氧化鈦載體分散在純水中得到分散液b，將溶液a與分散液b混合攪拌得到均勻的混合液c；
8、s5、向步驟s4中所得的混合液c中加入堿類物質，室溫下攪拌后，得到均勻混合液d；
9、s6、將步驟s5所得的均勻混合液d在攪拌條件下加熱至70-90℃進行反應，反應完成后過濾并清洗濾餅，干燥后得到固體a；
10、s7、將步驟s6中所得的固體a在空氣中進行中溫燒結，得到高導電的銥基負載型催化劑。
11、進一步地，步驟s1中，二氧化鈦粉末的平均粒徑為20nm-2um；氨類物質為三聚氰胺、尿素、氨基酸、硝酸銨或硝銨；氨類物質的摩爾量是二氧化鈦粉末的1-50倍。
12、進一步地，步驟s2中，惰性氣氛為氬氣或氮氣，惰性氣氛的流速為10-300sccm；加熱至400-600℃后保溫反應10-30min，升溫至500-800℃后保溫反應1-12h。
13、進一步地，步驟s4中，所述銥源為氯銥酸、三氯化銥、四氯化銥，氯銥酸銨、氯銥酸鉀中的一種。
14、進一步地，步驟s5中，所述堿類物質包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鋰、氫氧化鋰、氨水中的一種或多種。
15、進一步地，步驟s6中，將步驟s5所得的均勻混合液d在攪拌條件下加熱至70-90℃后反應1-12h。
16、進一步地，步驟s3和s6中，所述干燥采用冷凍干燥、烘箱干燥、旋轉蒸發干燥、真空干燥的一種或多種方式的組合。
17、進一步地，步驟s7中，在馬弗爐、氣氛爐或管式爐中進行中溫燒結，中溫燒結的溫度為300-500℃，燒結時長為20min-120min。
18、本專利技術公開了一種上述制備方法制得的高導電的銥基負載型催化劑。
19、本專利技術還提供上述制備方法制得的高導電的銥基負載型催化劑在電解水陽極中的應用。
20、催化劑在酸性oer中的性能采用旋轉圓盤電極測試，測試方法如下：采用電化學工作站辰華chi660e和旋轉圓盤電極pine，其面積為0.196平方厘米，材質為玻碳。測試前，將催化劑材料制備成漿料，滴加6微升至旋轉圓盤電極上，確保催化劑的載量達到0.2毫克/平方厘米，并自然風干。測試時，使用0.1摩爾每升的高氯酸作為電解液，標準氫電極作為參比電極，碳棒作為對電極。樣品電極旋轉速度設定為1600轉/分鐘，lsv測試的掃描速度為2毫伏/秒，重復測試直至曲線重合。最終，取重合后的最后一圈數據，過電位的確定方法是將電流密度為10毫安/平方厘米時對應的電壓值減去1.23伏，以確保測試結果的準確性和可重復性。
21、本專利技術的優點及有益效果：
22、1、本專利技術方法通過氨化反應獲得表面氨化的二氧化鈦載體，有利于提高載體的電導率，在其上負載二氧化銥作為活性組分，制備出的催化劑貴金屬含量較低，活性組分的尺寸小，并將其用于酸性電解水陽極時，具有優異的催化活性和良好的循環穩定性。載體電導率的提升可有效促進電化學反應動力學，有效降低催化劑在oer過程中的反應電位，促進反應的快速進行，可在不降低銥載量的情況下，提升催化劑的活性；
23、2、本專利技術方法中，由于氨化在二氧化鈦載體中引入多余的電子，在oer過程中，多余的電子可從載體表面遷移至氧化銥催化劑中，減緩銥的氧化和溶解，有助于提升催化劑的長期穩定性。
24、3、本專利技術方法制備過程簡單，反應設備簡單，合成過程中不排放任何污染性氣體，銥利用率在98％以上，易于工業化放大生產。
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1.一種高導電的銥基負載型催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S1中，二氧化鈦粉末的平均粒徑為20nm-2um；氨類物質為三聚氰胺、尿素、氨基酸、硝酸銨或硝銨；氨類物質的摩爾量是二氧化鈦粉末的1-50倍。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，惰性氣氛為氬氣或氮氣，惰性氣氛的流速為10-300sccm；加熱至400-600℃后保溫反應10-30min，升溫至500-800℃后保溫反應1-12h。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S4中，所述銥源為氯銥酸、三氯化銥、四氯化銥，氯銥酸銨、氯銥酸鉀中的一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S5中，所述堿類物質包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鋰、氫氧化鋰、氨水中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S6中，將步驟S5所得的均勻混合液D在攪拌條件下加熱至70-90℃后反應1-12h。
7.根據權利要求1所
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟S7中，在馬弗爐、氣氛爐或管式爐中進行中溫燒結，中溫燒結的溫度為300-500℃，燒結時長為20min-120min。
9.一種權利要求1-8任一所述制備方法制得的高導電的銥基負載型催化劑。
10.權利要求1-8任一所述制備方法制得的高導電的銥基負載型催化劑在電解水陽極中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高導電的銥基負載型催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，二氧化鈦粉末的平均粒徑為20nm-2um；氨類物質為三聚氰胺、尿素、氨基酸、硝酸銨或硝銨；氨類物質的摩爾量是二氧化鈦粉末的1-50倍。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，惰性氣氛為氬氣或氮氣，惰性氣氛的流速為10-300sccm；加熱至400-600℃后保溫反應10-30min，升溫至500-800℃后保溫反應1-12h。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述銥源為氯銥酸、三氯化銥、四氯化銥，氯銥酸銨、氯銥酸鉀中的一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s5中，所述堿類物質包括氫氧化鈉、氫氧...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱莉杰，汪進華，張航，李建毅，顏雅妮，宋沨，李智森，羅小進，文峰，尚明豐，高鵬然，黃懷國，
申請(專利權)人：廈門紫金新能源新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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